Рабочие циклы. 
Устройство автомобилей категорий b и c

Рабочим циклом ДВС называют совокупность процессов, повторяющихся в цилиндре одноцилиндрового двигателя в такой последовательности: впуск свежего заряда, сжатие, расширение или рабочий ход, выпуск. Часть рабочего цикла, приходящаяся на один ход поршня при повороте коленчатого вала на 180°, называется тактом.

Цикл рассматриваемых двигателей осуществляется за четыре такта и называется четырехтактным.

Рабочий цикл поршневого двигателя проходит по одной из двух схем. На рис. 2.1, а представлен рабочий цикл с внешним смесеобразованием (бензиновый двигатель), а на рис. 2.1, б — рабочий цикл с внутренним смесеобразованием (дизель).

Рис. 2.1. Схемы рабочего цикла двигателей:

а — с внешним смесеобразованием (бензиновый); б — с внутренним смесеобразованием (дизель).

Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя

При рассмотрении цикла условно принято, что начало рабочего цикла совпадает с ВМТ, а каждый такт начинается и заканчивается в одной из мертвых точек.

Первый такт — впуск (рис. 2.2, а). При вращении коленчатого вала 10 (по направлению стрелки) поршень перемещается из ВМТ в НМТ, впускной клапан 12 открывается, выпускной клапан 14 закрыт. Через открытый клапан цилиндр 5 соединяется с системой впуска. Вследствие гидравлического сопротивления воздухоочистителя 1, карбюратора 2, впускного трубопровода, клапана 12 и увеличения объема при перемещении поршня 6 давление в цилиндре 5 становится меньше атмосферного, и воздух поступает в цилиндр. Проходя через карбюратор 2, топливо смешивается с воздухом, частично испаряется и через впускной трубопровод подается в цилиндр. Пары топлива, смешиваясь с воздухом, образуют горючую смесь, которая, поступая в цилиндр, смешивается с небольшим количеством остаточных газов, оставшихся от предыдущего цикла, и образует рабочую смесь. При подходе поршня к НМТ давление в цилиндре на 0,01—0,02 МПа меньше атмосферного, а температура смеси вследствие подогрева от контакта с нагретыми деталями двигателя и перемешивания с отработавшими газами повышается до 350—390 К.

Рис. 2.2. Рабочий процесс карбюраторного двигателя:

а — впуск; б — сжатие; в — расширение (рабочий ход); г — выпуск;

• 1 — воздухоочиститель; 2 — карбюратор; 3 — вал распределительный;
• 4 — головка цилиндра; 5 — цилиндр; 6 — поршень; 7 — палец поршневой;
• 8 — шатун; 9 — картер коленчатого вала; 10 — коленчатый вал; 11 — поддон масляный; 12 — клапан впускной; 13 — свеча зажигания; 14 — клапан выпускной; 15 — глушитель; а — угол опережения зажигания

Второй такт — сжатие (рис. 2.2, б). Во время движения поршня к ВМТ впускной клапан 12 закрывается, и поступившая в цилиндр смесь сжимается. Сжатие сопровождается повышением давления и температуры, и при подходе поршня к ВМТ давление составляет (в зависимости от степени сжатия) 1,0—1,5 МПа, а температура — 600—650 К.

Для наилучшего использования теплоты, выделяющейся при сгорании, необходимо, чтобы сгорание топлива заканчивалось при положении поршня, возможно близком к ВМТ. Поэтому воспламенение топлива в бензиновых двигателях осуществляемое электрической искрой обычно производится до прихода поршня к ВМТ.

Предварение подачи искры оценивается углом опережения зажигания а.

Третий такт — расширение или рабочий ход (рис. 2.2, в). В начале такта при сгорании смеси выделяется значительное количество теплоты, вследствие чего в цилиндре резко увеличиваются температура и давление образующихся при сгорании топлива. Под давлением газов поршень перемещается к НМТ и преобразует тепловую энергию в механическую. В начале расширения давление составляет 3—4 МПа, температура — 2300—2500 К, а при подходе поршня к НМТ вследствие увеличения объема давление снижается до 0,3—0,5 МПа, а температура составляет 1200—1500 К.

Четвертый такт — выпуск (рис. 2.2, г). Поршень перемещается от НМТ к ВМТ. Через открытый выпускной клапан 14 отработавшие газы выталкиваются из цилиндра через выпускной трубопровод, глушитель 10 в атмосферу. При такте выпуска не достигается полной очистки цилиндра от отработавших газов, поэтому в конце выпуска давление в цилиндре составляет 0,105—0,120 МПа, а температура — 700—900 К.

Четвертым тактом рабочий цикл заканчивается. При дальнейшем движении поршня цикл повторяется в той же последовательности. Коленчатый вал в течение четырех тактов поворачивается на 720°, или совершает два оборота.

Полезная работа совершается только при третьем такте — такте расширения, а остальные такты являются вспомогательными и поршень при этих тактах перемещается за счет энергии вращающегося коленчатого вала с маховиком.

На автомобилях ВАЗ кроме двигателей с карбюраторной системой применяют так называемые инжекторные двигатели (рис. 2.3). В таких двигателях карбюратор отсутствует, а мелко распыленное топливо подается в момент открытия впускного клапана 9 через специальную электромагнитную форсунку 4 (инжектор) под давлением 0,15—0,35 МПа. С целью повышения наполнения двигателя и равномерного распределения заряда по цилиндрам в таких двигателях применяют по четыре клапана (два впускных и два выпускных) на цилиндр. В этом случае впускные и выпускные трубопроводы изготавливаются определенной длины (настроенные системы впуска и выпуска), обеспечивающие максимальное наполнение цилиндра на всех рабочих режимах и улучшающие очистку цилиндра от отработавших газов.

Рис. 2.3. Схема инжекторного двигателя:

• 1 — воздухоочиститель; 2 — ресивер; 3 — впускной трубопровод; 4 — инжектор (электромагнитная форсунка); 5 — цилиндр; 6 — поршень; 7 — шатун;
• 8 — коленчатый вал; 9 — клапан впускной; 10 — свеча зажигания; 11 — клапан выпускной; 12 — коллектор выпускной (глушитель)